DE2005514C3

DE2005514C3 - Verfahren zur Herstellung von Thiolsulftnaten

Info

Publication number: DE2005514C3
Application number: DE19702005514
Authority: DE
Inventors: Masaru Fukuyama; Kiyosi Kondo; Akira Negishi; Kanagawa Sagamihara; Kenichi Sato; Genichi Tokio Tsuchihashi
Original assignee: Sagami Chemical Research Institute
Current assignee: Sagami Chemical Research Institute
Priority date: 1969-02-06
Filing date: 1970-02-06
Publication date: 1975-01-23
Also published as: DE2005514A1; DE2005514B2; DE2065277A1; GB1296442A; DE2065277B2; DE2065277C3; FR2032762A5

Description

1. RCO₃H

2. NH,

S
i
O

RCO₂NH₄I

Es ist bekannt, Episulfoxide durch Oxidation des entsprechenden Episulfids in wäßrigem Methanol unter Verwendung von Natriummetaperjodat herzustellen. Dieses Verfahren ist jedoch in industriellem Maßstab nicht befriedigend, da das Episulfoxid in Wasser leicht löslich ist. Wird die Oxidation im obenerwähnten Lösungsmittel durchgeführt, ist es daher schwierig, das Produkt aus dem Lösungsmittel durch Extraktion zu isolieren. Weiterhin sind die Episulfoxide in Wasser nicht stabil. Sind die Episulfoxide längere Zeit mit Wasser in Berührung, wird die Ausbeute an Episulfoxid infolge Zersetzung und Ringöffnungsreaktionen herabgesetzt.

Es ist bekannt, daß Thiolsullinate als microbizide Mittel und Antioxidantien Verwendung finden. Es ist weiterhin bekannt, daß eine schwefelhaltige organische Verbindung mit einer funktioneilen Gruppe in /i-Position in starkem Maße mit Metallionen Komplexe bildet. Aus diesem Grund sind ,/-substituierte Thiolsulfinate in jüngs'er Zeil in den Mittelpunkt des Interesses gerückt, da die Fähigkeit zur Bildung eines Metallkomplexes ein wichtiger Faktor der Antikrebswirkung und des Strahlenschutzes ist.

Es ist weiterhin bekannt, daß es Verfahren zur Herstellung von Thiolsulfinaten gibt, bei denen das entsprechende Disulfid unter Verwendung einer organischen Persäure oxidiert wird. Bei diesen Verfahren fällt jedoch ein Reaktionsprodukt an. das nicht umgesetztes Ausgangsmatcrial oder überoxidierte Produkte, d. h. Thiolsulfonat. enthält. Die Menge der Nebenprodukte bzw. Störprodukte hängt von der Menge der organischen Persäure ab. Die Isolierung des gewünschten Produktes in reiner Form ist deshalb im allgemeinen schwierig, wenn nicht sogar unmöglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein neues Verfahren zur Herstellung von Thiolsulfinaten in Vorschlag zu bringen, das frei von den aufgeführten Nachteilen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Thiolsulfinaten durch Oxidation der Episulfide mit einer organischen Persaure ist dadurch gekennzeichnet, daß man unterhalb 50" C die bei der Reaktion anfallende organische Säure als Ammoniumsalz durch Einleiten von trockenem Ammoniak abtrennt, das Episulfoxid mit einem nucleophilen Agens um-R₁. R₁ und R bedeuten jeweils Wasserstoff. Alkyl oder Aryl. Das entscheidende Kennzeichen dieser Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Ausfällen der als Nebenprodukt gebildeten organischen Säure durch Entfernung als Ammoniumsalz. Dann wird das Lösungsmittel unter reduziertem Druck destilliert, wodurch das Episulfoxid in reiner Form isrlicrl werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann jedes geeignete Lösungsmittel verwendet werden. Die besten Ergebnisse werden jedoch mit aprotischen Lösungsmitteln wie Äther. Methvlenchlorid und Chloroform erzielt. Jede geeignete organische Pci säure kann als Oxidationsmittel eingesetzt werden. Die bevorzugten organischen Persäuren sind Perbenzoesäure, m-C'hlorperbenzoesäure und Monopcrphthalsäure. da sie das gewünschte Produkt in hoher Ausbeute liefern. Fürdie industrielle Herstellung wird Peressigsäurc bevorzugt. Theoretisch wird für die Oxidation von 1 Mol Episulfoxid 1 Mol Persäure benötigt. Um eine sichere Aufarbeitung zu gewährleisten, is! es günstiger, wenn weniger Persäure als stöchiometrisch erforderlich verwendet wird, da die Persäuren explosive Materialien sind. Im allgemeinen kann 5 Minuten nach der Einleitung des Ammoniakgases das Ammoniumsalz der als Nebenprodukt gebildeten organischen Säure quantitativ abgeschieden werden.

Für die optimale Durchführung 'ler ersten Stufe des erfindungsgcmäßcn Verfahrens ist es notwendig. die folgenden Rcaktions- und Nachbehandlungsbedingungcn einzuhalten. Da das Episulfoxid gegen Wärme nicht stabil ist. wird die Reaktion und die weitere Aufarbeitung bei Temperaturen unterhalb 50 C vorgenommen. Die Reaktionsbedingungen können in Abhängigkeit des verwendeten Reaktionslösungsmittcls etwas variieren, im allgemeinen wird die Oxidationsreaktion bei einer Temperatur von - 50 bis — 10 C begonnen. Dann wird die Temperatur auf - 10 bis + 10" C, vorzugsweise auf OC. gesteigert, um die Umsetzung zu vervollständigen. Danach wird das Reaktionsgemisch auf —30 bis —20 C gekühlt, und Ammoniakgas wird eingeleitet. Das Reaktionsgemisch wird weiterhin bei -50 bis -30 C gehalten, und überschüssiges Ammoniak wird durch Durchlcilcn eines inerten Gases, z. B. trockenem Stickstoff, abgetrieben.

Das Filtrieren des gebildeten Ammoniumsalzes und das Abdcstilliercn des Lösungsmittels kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Das auf diese Weise

erhaltene Episulfoxid ist von hoher Reinheit. Ist eine weitere Reinigung erforderlich, so kann dies einfach durch Destillation oder Umkristallisation durchgerührt werden.

Die nächste Stufe des erlindungsgemäßen Vcrfahrens betrifft die Reaktion von F.pisulfoxiden mit nucleophilen Agenzien.

Das Episulfoxid wird mit einem nucleophilen Agens zur Umsetzung gebracht und die auf diese Weise als Zwischenprodukt gebildete Sulfensäure durch Kondensation unter Abspaltung von Wasser dimeristert, ohne die als Zwischenprodukt auftretende Sulfensäure zu isolieren, wobei das Thiolsulfinat direkt gebildet wird. Diese Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch das nachfolgende Schema veranschaulicht werden:

SOH R₁

R₃

R,

X₁	I	1
—C		O F
/	:—c—s—s—(	I /
	I	- v- K-2
R*	I \
L X

R₁, R₂, R₃ und R₄ bedeuten Wasserstoff, Alkyl oder Aryl, und X steh' Tür Halogen, die Alkoxy-. Atnin- und Cyangruppe.

Die Umsetzung des Episulfoxids mit einem nucleophilen Agens kann als Ringöffnungsreaktion betrachtet werden. Die Bedingungen für eine derartige Ringöfinungsreaktion können in Abhängigkeit des verwendeten Reaktionsmittels HX in die nachfolgenden beiden Fälle unterteilt werden.

1. Soll alsX-Gruppe eine Alkoxy- oder Aminogruppe eingebaut werden, so wird als HX ein Alkohol oder ein Amin verwendet. In diesem Fall genügt es nicht. nur das Episulfoxid mit einem Alkohol oder einem Amin zu mischen, da dio nucl-ophilc Reaktivität eines Alkohols und eines Arovns niedrig ist. Die Reaktion wird deshalb durch Zugabe oner katalytischen Menge einer Säure zum Reaktionssintern beschleunigt. Als zuzusetzende Säure wird eine Säure bevorzugt. deren korrespondierende Base keine nuclcophilc Reaktivität hat. Beispielsweise geben Schwefelsäure. Perchlorsäure und Tetrafluorborsäurc ausgezeichnete Ergebnisse. Als Reaktionslösungsmittel kann auch überschüssiges HX verwendet werden. Weiterhin können jedoch die herkömmlichen nichtwäßrigen Lösungsmittel, z. B. Äther oder Dioxan. verwendet werden. Nach Beendigung der Reaktion wird die als Katalysator verwendete Säure aus dem Reaktionsgemisch durch Waschen mit Wasser entfernt. Das Thiolsulfinat wird dann durch Extraktion mit einem organischen Lösungsmittel abgetrennt und gewonnen.

Unter den angegebenen Reaktionsbedingungen wird dieX-Gruppe von HX im allgemeinen an ein Kohlenstoflatom gebunden, das mehr Substitucnten hat als die anderen Kohlenstoffatome des Episulfoxidmoleküls.

2. Soll ein Substituent mit hoher nueleophiler Reaktivität, z. B. Halogen, die Cyan- oder A/idgruppe, als X-druppe eingebaut werden, so wird die entsprechende Säure der obigen Gruppe als HX eingesetzt. So können 1. B. als HX Halogen Wasserstoffe. Cyanwasserstoffsäure oder Stickstoffwasserstoffsäure verwendet werden. Die Reaktion kann dadurch ausgeführt werden, daß das Episulfoxid in einem üblichen organischen Lösungsmittel gelöst wird und dann äquhnolarc Mengen HX dazugegeben werden. Die für den vollständigen Umsatz erforderliche Zeit variiert in Abhängigkeit des eingesetzten HX. Deshalb ist es nötig, den vollständigen Umsatz zu prüfen, z. B. mit Lakmuspapier. Nach Beendigung der Reaktion wird das Lösungsmittel unter vermindertem Druck abdestiiücrt. Nach diesem Verfahrf-n kann reines Thiülsuliinai isoliert werden.

Unter den angegebenen Reaklionsbedingungen lagert sich im allgemeinen die X-Gruppe von HX an das Kohlenstoffatom an. das die geringste Zahl von Subsiiiuenten im Vergleich zu den anderen C-Atomen des Episulfoxidmoleküls aufweist.

Beispiel 1

In 100 ml Methylcnchlorid wurden 6 g Äthylenepisulfid gelöst. Die Lösung wurde dann in einen Dreihalskolben gegeben und gekühlt und gerührt. Während die Temperatur der Lösung auf 40 bis — 30 C gehalten wurde, wurden 200 ml einer Lösung von Perbcnzoesäure in Methylenchlorid (0.48 Mol Perbenzocsäiire pro Liter Lösung) tropfenweise hinzugegeben. Nach der Zugabe der Pcrbcnzoesäurelösung wurde weitere 2 Stunden bei dieser Temperatur gerührt. Dann wurde die Temperatur auf ungefähr 0 C gesteigert. Das Rühren wurde fortgesetzt, bis die zugesetzte Pcrbenzoesäurc vollständig verbraucht war. Im allgemeinen genügen 10 Minuten für diesen Zweck. Dann wurde die Temperatur des Reaktionsgemisches erneut auf -30 bis 20 C gesenkt. In das Reaktionsgemisch wurde nun 5 Minuten trockenes Ammoniakgas eingeleitet. Dann wurde bei der gleichen Temperatur trockener Stickstoff in das Reaklionssystem eingcblasen, bis im Abgas kein Ammoniak mehr nachzuweisen war. Das ausgefallene Ammoniumbcn/.oat wurde sofort durch Filtrieren entfernt. Dann wurde Methylenchlorid unter reduziertem Druck abdcstillierl. Nach diesem Verfahren können 7.1 g Athylcnepisulfoxid erhalten werden. Ls ist eine ölige Flüssigkeit. Zur weiteren Reinigung wird es destilliert. Nahe/u das gesamte Material destilliert im Siedebercich von 52 bis 54 C 3 Torr. Die Ausbeute des Produktes wurde durch die Destillation nicht verändert. Sie betrug 97"'«. Die Schwefelanalyse ergab 42.03",, (iheor. 42.12%).

In 20 ml wasserfreiem Methanol wurden 0.7fi g des auf diese Weise hergestellten Äthylcnepisulfoxid gelöst. Das Reaktionsgemisch wurde dann mit Eis gekühlt. Unter Rühren wurde dann ein Tropfen konzentrierter Schwefelsäure hinzugegeben. Das Rcaktionsgemisch wurde dann bei oder unterhalb Raumtemperatui weitere 2 Stunden gerührt. Anschließend wurde es mit KK) ml Wasser verdünnt. Das Reaktionsgemisch wurde mit 60 ml Chloroform extrahiert. Die Extraktion wurde dreimal wiederholt. Die Chloroformschicht wurde mit wasserfreiem Magnesium-

sulfat getrocknet, und das Lösungsmittel wurde unter vermindertem Druck abdestilliert. Ls wurden 0,5 g /J-Methoxy-äthunthioM-methoxy-üthansulfinat als ölige Flüssigkeit erhalten. Die Ausbeute an

5 CH₃UCH₂CH₂S(O)SCH₂CH₂UCh.,

betrug 96%.
Elementaranulyse (QH₁₄O₁S₂):

Berechnet:

C 36,40, H 7,12, S 32,34 Gewichtsprozent;
gefunden:

C 35,88, H 6,90, S 32,18 Gewichtsprozent.

Beispiel 2 "5

Nach der Arbeitsweise von Beispiel I wurde aus Styrolepisulfid Styrolepisulfoxid in einer Ausbeute von 92% hergestellt. Es hatte einen Schmelzpunkt von 50 bis 51 "C. Die Schwcfdanalyse ergab einen Schwefelfehalt von 20,03% (theor.: 20.06%).

In 25 ml wasserfreiem Methanol wurden 1.5 g Styrolepisulfoxid gelöst. Zu diesem Reaktionsgemisch Wurde ein Tropfen konzentrierter Schwefelsaure gegeben. Die Reaktion wurde dann, wie unter Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt. Nach dem Abdestillieren des Lösungsmittels wurde das Reaktionsprodukt rasch fest. Durch Umkristallisieren aus Äther Hexan wurden 1,5 g reines /i-Methoxy-p-phenyl-athanthiol-(f-methoxy-/f-phenyl-äthansulfinat

C₍,Hj(CH.,O)CHCH₂S(O)SCH₂CH(()CH,)C₍,li₅

erhalten. Die Ausbeule betruu Ss6%: Schmelzpunkt: 94 bis 94,5" C.

Llemenuinmalyse (C_1nII₂₂O₁S₂):

Berechnet:

Γ 61,68, Il 6,33, S 18,30 Gewichtsprozent;
gefunden:

C 61.52, H 6,2S, S 18,24 Gewichtsprozent.

Beispiel 3

Nach der Arbeitsweise von Beispiel 1 wurde au:. 3-Chlorpropylenepisulüd 3-Chlorpropylenepisulfoxid in einer Ausbeute von 90% hergestellt. Hs hatte einen Schmelzpunkt von 20 bis 22 C. Die Schwefelanalyse ergab einen Schwefeltiehalt von 25,57% (theor · 25,74"/«).

In 30 ml wasserfreiem Äther wurden 1,25 g 3-Chlorpropylenepisulfoxid gelöst. Unter Rühren wurden in dieses Reaktionsgemisch bei Raumtemperatur 0.37 g wasserfreier Chlorwasserstoff langsam eingeleitet. Das Rühren wurde 2 Stunden bei Raumtemperatur fortgesetzt. Der Verbrauch an Chlorwasserstoff wurde mit Lakinuspapier verfolgt Dann wurde das Lösungsmittel u»ier reduziertem Druck abdestillicrt. Der Rückstand wuide rasch fest. Durch Umkristallisieren aus Äther Hexan vurden 1.35 μ Bis - (chlorniethyll - meihanlhiol - bis - (chlormethyhmc'han-sulfinat'(C1CH₂)₂CHS(O)SCH(CH₂CI), in reiner Form erhalten. Die Ausbeute betrug W„: Schmelzpunkt: 79 bis 89 C.

Elcmentaranalyse IQ H,,,Cl₄OS₂):

Berechnet:

C 23.70. H 3.31. S 21.09 Gewichtsprozent:
tiefundcn:

C 23.73. H 3.40. S 21.03 Gewichtsprozent.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Thiolsullinaten durch Oxidation der Episulfide mit einer orga- S nischen Persäure, d adurch gekennzeichnet, daß man unterhalb 50⁰C die bei der Reaktion anfallende organische Säure als Ammoniumsalz durch Einleiten von trockenem Ammoniak abtrennt, das Episulfoxid mit einem nucleophilen Agens umsetzt und die so gebildete Sulfensäure unter Abspaltung von Wasser ohne Isolierung dimerisiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als nucleophile Agenzien Alkohole oder Amine verwendet.

setzt und die so gebildete Sulfensäure ohne Isolierung durch Kondensation unter Abspaltung von Wasser dimerisiert.

Eine bevorzugte Ausfuhrungsform des ernndungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß man als nucleophile Agenzien Alkohole oder Amme verwendet.

Die erste Stufe des erfindungsgemauen Verfahrens kann durch das folgende Schema veranschaulicht werden: